專利名稱：動(dòng)態(tài)測角裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及的是一種用于大地測量和工程測量的經(jīng)緯儀中的動(dòng)態(tài)測角裝置。
現(xiàn)有的經(jīng)緯儀中配備的動(dòng)態(tài)測角裝置，見瑞士威特廠生產(chǎn)的T2000電子經(jīng)緯儀。它采用的動(dòng)態(tài)測角裝置的結(jié)構(gòu)原理。測角裝置的度盤由馬達(dá)通過皮帶帶動(dòng)，玻璃度盤的盤面畫有等分為1024個(gè)間隔的柵格，每個(gè)間隔由等寬的反射帶和空白(透明)帶組成，每個(gè)間隔的角值為Φ。＝360°／1024＝21′05。625″不是一個(gè)間隔的小數(shù)是用脈沖填充技術(shù)來測定的。
為了消除照準(zhǔn)慘偏心差和度盤偏心差的影響，裝置中安置了對徑180°的一對固定讀定器Ls和一對活動(dòng)讀定器Lr。水平測角系統(tǒng)中固定讀定器相當(dāng)于零分劃，活動(dòng)讀定器與望遠(yuǎn)鏡方向一致，并隨照準(zhǔn)部一起轉(zhuǎn)動(dòng)，相當(dāng)于與照準(zhǔn)部固聯(lián)的讀數(shù)指標(biāo)。每一讀定器由發(fā)射二極管和接收二極管組成。由紅外二極管發(fā)出的光束遇到空白帶時(shí)不被反射，接收二極管亦收不到信號(hào)，當(dāng)發(fā)出的光束遇到反射帶時(shí)就被反射到接收二極管的窄縫上，光電管把收到的信號(hào)變成方波信號(hào)，通過脈沖填充技術(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。
測角時(shí)望遠(yuǎn)鏡照準(zhǔn)某一目標(biāo)，Lr與Ls間的夾角φ相應(yīng)于該目標(biāo)在度盤上的方向值。若照準(zhǔn)另一目標(biāo)，同樣得另一目標(biāo)的方向值。兩方向值之差就是兩目標(biāo)的夾角，它的生產(chǎn)工藝復(fù)雜、價(jià)格昂貴。
本實(shí)用新型的目的是設(shè)計(jì)一種加工簡單、價(jià)格便宜、可實(shí)現(xiàn)高精度角度測量的動(dòng)態(tài)測角裝置。
本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)思想和技術(shù)解決方案其測角原理為動(dòng)態(tài)測量法，如

圖1所示。度盤是由上下兩面各刻劃了n條等間隔縫的金屬盤充當(dāng)(n＞80)。度盤的上、下面各安裝了兩對對偶管，相對位置180°，下面的為參考管，它們相對于照準(zhǔn)部是固定的，相當(dāng)于零分劃。度盤上面為活動(dòng)管，是隨照準(zhǔn)部一起轉(zhuǎn)動(dòng)的。在度盤2上、下面按裝兩對作為活動(dòng)管的對偶管1、5和作為參考管的對偶管9、12，對偶管1、5和對偶管9、12之間相對位置180°。
度盤由馬達(dá)通過皮帶帶動(dòng)，皮帶設(shè)在度盤腰上，度盤中間還設(shè)置了一根軸承，是皮帶靠馬達(dá)帶動(dòng)度盤軸承旋轉(zhuǎn)，按特定速度旋轉(zhuǎn)。此時(shí)每對對偶管都可接收到被金屬盤切割調(diào)制了的脈沖信號(hào)，其周期為T＝2π／ω；ω為度盤旋轉(zhuǎn)角速度若刻縫n＝1，只有一對活動(dòng)管及一對參考管。只要將固定管及參考管上的信號(hào)分別作為兩個(gè)觸發(fā)脈沖信號(hào)送進(jìn)觸發(fā)器，就可得到兩對管子之間的相位差，并利用脈沖填充技術(shù)求得之間的夾角。
在實(shí)際電路中，我們是將信號(hào)二分頻后的方波信號(hào)送入異或門，這樣得到的相位差信號(hào)就不存在集成電路在兩觸發(fā)信號(hào)接近時(shí)的冒險(xiǎn)競爭的問題了。
我們實(shí)際的度盤刻縫是取n＝90，情況就要比上述復(fù)雜的多了，我們度盤上的刻線是利用分度頭在銑床上加工而成?？p與縫之間的間隔誤差為±2′左右，它的間隔誤差雖然大，但一旦加工完畢，其差值也就是固定的了。
若刻線誤差為零，則αc＝2π／T×t而若存在著刻線誤差，則αc＝2π／T×t＋ε這里
從上面的分析可以看出，這個(gè)ε是一個(gè)固定不變的常量，因此，從理論上來說就消除了刻線誤差對角度的影響。
以上談的是一般情形。而當(dāng)活動(dòng)管接收到的信號(hào)與參考管信號(hào)逼近時(shí)，由于刻線誤差以及異或門的作用，α到達(dá)不了零，即αc≥ε為此，我們增加了一個(gè)甄別信號(hào)a·c，它是參考管的脈沖信號(hào)和異或門出來的信號(hào)相與的結(jié)果。即a·c＝R·Q當(dāng)甄別信號(hào)為零時(shí)，為一般情形，不作特別處理。一旦出現(xiàn)了甄別信號(hào)a·c，計(jì)算上將采取措施，進(jìn)行零點(diǎn)計(jì)算，得出正確的值。
通過脈沖填充技術(shù)，進(jìn)行比值法計(jì)算，得出角度ac因?yàn)閚≠1，所以有0≤ac＜T／n就是說，ac與參考管、活動(dòng)管之間的夾角相差T／n的整數(shù)倍。為此，在加工度盤時(shí)，將上下兩面各加工一條寬縫作為零點(diǎn)；并增加了一個(gè)脈寬鑒別電路，得出真信號(hào)波形和角度值為ad。
ad與ac經(jīng)過一定的組合，便可獲得真實(shí)的角度a，再經(jīng)過二——十進(jìn)制轉(zhuǎn)換，將結(jié)果送入顯示電路顯示。這些就是電子經(jīng)緯儀所要做的工作。在結(jié)構(gòu)上采用加工簡單，成本低廉的金屬度盤取代了成本昂貴、加工要求嚴(yán)格的玻璃度盤，光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)科學(xué)合理，簡便易行。在電路上，采用了異或門電路、處理電路和計(jì)算機(jī)結(jié)合在一起完成了用我們幾乎沒有精度要求的金屬度盤(相當(dāng)于其它電子經(jīng)緯儀所使用的光柵度盤來說)來實(shí)現(xiàn)高精度角度測量目的。
電子部分(如圖3所示)一、光電轉(zhuǎn)換部分采用阻隔式光電耦合管(如圖4)該器件的一邊是紅外發(fā)光二極管，另一邊是光電接收管。顯然當(dāng)發(fā)射二極管通以一定電流工作時(shí)，接收管上就將產(chǎn)生一定的光電流，但當(dāng)該器件中間的縫隙被不透明物遮擋時(shí)，接收管上將沒有電流存在。讓旋轉(zhuǎn)盤的縫隙通過該器件的中間，就將在接收管上獲得與旋轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)過程相關(guān)的周期信號(hào)。這些信號(hào)就是以后電路中的工作信號(hào)。在設(shè)計(jì)中，平盤和豎盤分別需要四個(gè)這樣的光電耦合管，以構(gòu)成對徑采樣系統(tǒng)。各信號(hào)連接至主電路板上。
二、平／豎(H／V)選擇電路選用集成數(shù)據(jù)選擇器74HC158，構(gòu)成電子四——二選一開關(guān)，根據(jù)外部按鍵的指令，分別選通平盤信號(hào)或是選通豎盤信號(hào)。
三、被選通的信號(hào)進(jìn)入信號(hào)處理電路首先信號(hào)經(jīng)過由74HC74D觸發(fā)器構(gòu)成的單穩(wěn)電路整形(優(yōu)先結(jié)構(gòu))；然后經(jīng)74HC14非門、74HC08與門組成的分劃電路獲得精、粗測信號(hào)。
精、粗測信號(hào)再分別通過二分頻——異或電路(優(yōu)選結(jié)構(gòu))得到供計(jì)數(shù)用的精、粗測閘門信號(hào)。
最后由8253二進(jìn)制十六位計(jì)數(shù)器分別計(jì)數(shù)。
四、微型單片機(jī)選用美國Intel公司80C31單片機(jī)，程序固化在4K×8bit位的EPROM2732之中，該微機(jī)全面控制機(jī)器的工作，對精、粗測計(jì)數(shù)值進(jìn)出讀入計(jì)算判別。并最后輸出顯示，或送輸給數(shù)據(jù)接口。
五、同步控制電路是為了克服微機(jī)工作速度不能滿足設(shè)計(jì)要求而專門設(shè)置的。它的主體由一塊74HC161二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器構(gòu)成。
六、按鍵部份，選用微型輕觸按鍵，后續(xù)74HC74構(gòu)成的雙穩(wěn)電路構(gòu)成。
附圖1是本實(shí)用新型機(jī)械部分的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖2是本實(shí)用新型電子部分電路方框圖。
附圖3是本實(shí)用新型電子部分的電路原理圖。
附圖4是光電耦合管的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖中1、5是作為活動(dòng)管的對偶管，9、12是作為參考管的對偶管，3是照準(zhǔn)部、4是滾珠、6是主動(dòng)輪、7是馬達(dá)、8是皮帶、10是軸承、11是中軸套，2是金屬度盤，31是光電轉(zhuǎn)換、32是平／豎盤選擇電路、33是信號(hào)處理電路、34是粗測(計(jì)數(shù)器)、35是精測(計(jì)數(shù)器)、36是單片微機(jī)控制、37是顯示、38是數(shù)據(jù)接口、39是同步控制、40是按鍵，圖3中的a、b、C分別是標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號(hào)、處理電路出來的信號(hào)、異或門電路的信號(hào)。
權(quán)利要求1.主要由電子、機(jī)械二部分組成的動(dòng)態(tài)測角裝置，其特征是電子部分有光電轉(zhuǎn)換、平/豎盤選擇電路、信號(hào)處理電路、單片微機(jī)以及同步控制電路和按鍵部分組成，其中的光電轉(zhuǎn)換部分采用阻隔式光電耦合管，這種光電耦合管的一邊是紅外發(fā)光二極管，另一邊是光電接收管，旋轉(zhuǎn)盤的縫隙通過該管的中間就將在接收管上獲得與旋轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)過程相關(guān)的周期信號(hào)即工作信號(hào)，平盤和豎盤分別需要4個(gè)光電耦合管以構(gòu)成對徑采樣系統(tǒng)；平/豎(H/V)選擇電路選用集成數(shù)據(jù)選擇器74HC158，構(gòu)成電子四-二選一開關(guān)，根據(jù)外部按鍵的指令分別選通平/豎盤信號(hào)；信號(hào)處理電路，工作信號(hào)經(jīng)由74HC74D觸發(fā)器構(gòu)成的單穩(wěn)電路整形，然后經(jīng)74HC14非門、74HC08與門組成的分劃電路獲得粗、精測信號(hào)，精、粗信號(hào)再分別通過二分頻-異或門電路得到供計(jì)數(shù)用的精、粗測閘門信號(hào)，最后由8253二進(jìn)制十六位計(jì)數(shù)器分別計(jì)數(shù)；單片微機(jī)是對精、粗測計(jì)數(shù)值進(jìn)出讀入、計(jì)算判別，最后輸出顯示或送輸給數(shù)據(jù)接口；同步控制電路是由一塊74HC161二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器構(gòu)成；按鍵部分選用微型輕觸按鍵后續(xù)74HC74構(gòu)成的雙穩(wěn)電路構(gòu)成；機(jī)械部分在度盤2的上、下面按裝兩對作為活動(dòng)管的對偶管1、5和作為參考管的對偶管9、12，對偶管1、5之間和對偶管9、12之間相對位置180°，對偶管9、12隨照準(zhǔn)部3一起轉(zhuǎn)動(dòng)而對偶管1、5相對于照準(zhǔn)部3固定，在度盤2上、下面刻劃了n條等間隔縫，n＞80，在度盤2腰上設(shè)計(jì)皮帶8，度盤中間設(shè)計(jì)了軸承10，度盤軸承由馬達(dá)7通過皮帶8帶動(dòng)度盤一起旋轉(zhuǎn)。
專利摘要本實(shí)用新型給出的是一種用電子經(jīng)緯儀的動(dòng)態(tài)測角裝置，它主要有機(jī)械和電子二部分組成，機(jī)械部分有度盤2，并且在度盤上下各設(shè)兩對對偶管，度盤正反二面刻劃n條間隔，n＞80，還有皮帶，度盤由馬達(dá)通過皮帶轉(zhuǎn)動(dòng)，電子部分主要有光電轉(zhuǎn)換、平/豎選擇電路、信號(hào)處理、粗、精測、微機(jī)、顯示等組成。它具有對機(jī)械加工精度、工藝要求、裝配要求相比光學(xué)經(jīng)緯儀簡單、易行。同樣達(dá)到光學(xué)經(jīng)緯儀的精度要求，成本低，易制造，適用性好等優(yōu)點(diǎn)。并且可以批量生產(chǎn)。
文檔編號(hào)G01C1/02GK2063222SQ9021209
公開日1990年10月3日 申請日期1990年4月5日 優(yōu)先權(quán)日1990年4月5日
發(fā)明者王旭禾, 俞云龍, 俞無名 申請人:華東光學(xué)儀器廠